《信号的调理与记录》PPT课件

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1、第四章信号的调理与记录第一节电桥第二节调制与解调第三节滤波器第四节信号的放大第五节测试信号的显示与记录信号的调理和转换是测试系统不可缺少的重要环节。被测物理量经传感器后的输出信号通常是很微弱的或者是非电压信号，如电阻、电容、电感或电荷、电流等电参量，这些微弱信号或非电压信号难以直接被显示或通过A／D转换器送入仪器或计算机进行数据采集，而且有些信号本身还携带有一些不期望有的信息或噪声。因此，经传感后的信号尚需经过调理、放大、滤波等一系列的加工处理，以将微弱电压信号放大、将非电压信号转换为电压信号、抑制干扰噪声、提高信噪比

2、，以便于后续环节的处理。信号的调理和转换涉及的范围很广，本章主要讨论一些常用的环节，如电桥、调制与解调、滤波和放大等，并对常用的信号显示与记录仪器作简要介绍。第一节电桥电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路，由于桥式测量电路简单可靠，而且具有很高的精度和灵敏度，因此在测量装置中被广泛采用。按激励电源的类型可分为：直流电桥交流电桥{按输出方式分为：不平衡式电桥平衡式电桥{不平衡式电桥应用更为广泛。下面仅对不平衡式电桥加以介绍。一、直流电桥电桥的输出电压：直流电桥的平衡条件：电桥的连接形式有

3、单臂电桥连接、半桥连接与全桥连接。单臂电桥连接形式：工作中只有一个桥臂电阻随被测量的变化而变化。取电桥的输出电压：灵敏度：激励电压Ue不变半桥连接形式：工作中有两个桥臂（一般为相邻桥臂）的阻值随被测量差动变化。电桥的输出电压：灵敏度：全桥连接形式：工作中四个桥臂阻值都随被测量而变化。电桥的输出电压：灵敏度：电桥的和差特性：1）若相邻两桥臂电阻同向变化（即两电阻同时增大或同时减小），所产生的输出电压的变化将相互抵消；2）若相邻两桥臂电阻反相变化（即两电阻一个增大一个减小），所产生的输出电压的变化将相互迭加。用悬臂梁做敏感

4、元件测力时，常在梁的上下表面各贴一个应变片，并将两个应变片接入电桥相邻的两个桥臂。用柱形梁做敏感元件测力时，常沿着圆周间隔90°纵向贴4个应变片R1、R2、R3、R4作为工作片，与纵向应变片相间，再横向贴4个应变片R5、R6、R7、R8用作温度补偿。使用电桥电路时，还需要调节零位平衡，即当工作臂电阻变化为零时，使电桥的输出为零。a）差动串联平衡b）差动并联平衡二、交流电桥交流电桥采用交流电源激励，电桥的四个臂可为电感、电容或电阻。如果交流电桥的阻抗、电流及电压都用复数表示，则关于直流电桥的平衡关系式在交流电桥中也可适用

5、，即交流电桥的平衡条件为把各阻抗用指数式表示为交流电桥平衡必须满足两个条件：即相对两臂阻抗之模的乘积应相等，并且它们的阻抗角之和也必须相等。根据交流电桥的平衡条件，交流电桥各臂可有不同的组合。常用的电容、电感电桥其相邻两臂可接入电阻，而另外两个桥臂接入相同性质的阻抗，例如都是电容或者都是电感。电容电桥平衡条件要使电桥达到平衡，必须同时调节电阻与电容两个参数，即调节电阻达到电阻平衡，调节电容达到电容平衡。电感电桥平衡条件要使电桥达到平衡，必须同时调节电阻与电感两个参数，即调节电阻达到电阻平衡，调节电感达到电感平衡。对于纯

6、电阻交流电桥，即使各桥臂均为电阻，但由于导线间存在分布电容，相当于在各桥臂上并联了一个电容。为此，除了有电阻平衡外，还须有电容平衡。电阻交流电桥的分布电容具有电阻电容平衡的交流电阻电桥三、带感应耦合臂的电桥带感应耦合臂的电桥是将感应耦合的两个绕组作为桥臂而组成的电桥，—般有下列两种形式：变压器电桥绕组W1、W2与阻抗Z3、Z4构成电桥的四个臂。绕组W1、W2相当于变压器的二次边绕组。平衡时，指零仪G指零。电桥平衡时，绕组W1、W2的激磁效应互相抵消，铁心中无磁通，所以指零仪G指零。以上两种电桥中的感应耦合臂可代以差动式

7、三绕组电感传感器，通过它的敏感元件——铁心，将被测位移量转换为绕组间互感变化，再通过电桥转换为电压或电流的输出。优点：与一般电桥比较，具有较高的精确度、灵敏度和稳定性。第二节调制与解调调制是指利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信号的某个参数（幅值、频率或相位）的过程。在这里，高频振荡信号被称为载波，控制高频振荡的低频信号被称为调制信号，调制后的高频振荡信号为已调制信号。解决微弱缓变信号的放大以及传输的问题。调制与解调的概念调制与解调的目的解调是指从已调制信号中恢复出原低频调制信号的过程。调制与解调是一对相反的信号变

8、换过程，在工程上经常结合在一起使用。调制的种类幅值调制频率调制相位调制一、幅值调制与解调1．幅值调制幅值调制是将一个高频载波信号(此处采用余弦波)与被测信号（调制信号）相乘，使高频信号的幅值随被测信号的变化而变化。2．调幅信号的频域分析由傅里叶变换的性质知：时域中两个信号相乘对应于频域中这两个信号的傅里叶变换的卷积，即余弦函数的频